第二章 高考题型专项突破 化学反应机理与能垒图像题-【金版教程】2024-2025学年新教材高中化学选择性必修1创新导学案课件PPT（人教版2019，不定项版）

第二章　化学反应速率与化学平衡 高考题型专项突破　 化学反应机理与能垒图像题 真题精研 01 题型突破 02 目录 CONTENTS 03 题型专练 04 课时作业 3 真题精研 答案 (2023·新课标卷)“肼合成酶”以其中的Fe2＋配合物为催化中心，可将NH2OH与NH3转化为肼(NH2NH2)，其反应历程如下所示。 下列说法错误的是(　　) A．NH2OH、NH3和H2O均为极性分子 B．反应涉及N—H、N—O键断裂和N—N键生成 C．催化中心的Fe2＋被氧化为Fe3＋，后又被还原为Fe2＋ D．将NH2OH替换为ND2OD，反应可得ND2ND2 解析 解析　由反应历程可知，反应过程中，生成的NH2NH2有两个氢来源于NH3，所以将NH2OH替换为ND2OD，不可能得到ND2ND2，而是得到ND2NH2和HDO，D错误。 真题精研 目录 5 答案 解析 解析　由题图可知Ⅰ的最高活化能小于Ⅱ的最高活化能，所以使用Ⅰ时反应速率更快，反应体系更快达到平衡，C错误。 真题精研 目录 6 题型突破 一、化学反应机理类试题解题模板 题型突破 目录 8 二、催化剂反应机理题解题方法 1．通览全图，找准一“剂”三“物” 一“剂” 指催化剂 催化剂在机理图中多数是以完整的循环出现的，以催化剂粒子为主体的多个物种一定在机理图中的主线上 三“物”指反应物、生成物、中间产物 反应物 通过一个箭头进入整个历程的物质是反应物 生成物 通过一个箭头最终脱离整个历程的物质一般多是生成物 中间产物 通过一个箭头脱离整个历程，但又生成生成物的是中间产物，通过两个箭头进入整个历程的物质也是中间产物，中间产物有时在反应历程中用“[　　]”标出 题型突破 目录 9 2．逐项分析得答案 根据题给情境信息，找出催化剂、反应物、生成物、中间产物，再结合每一选项设计的问题逐项分析判断，选出正确答案。 三、突破能量变化能垒图 题型突破 目录 10 注：(1)能垒越大，反应速率越小，即多步反应中能垒最大的反应为决速反应。 (2)用不同催化剂催化化学反应，催化剂使能垒降低幅度越大，说明催化效果越好。 (3)相同反应物同时发生多个竞争反应，其中能垒越小的反应，反应速率越大，产物占比越高。 题型突破 目录 11 题型专练 答案 1．(2022·山东高考)在NO催化下，丙烷与氧气反应制备丙烯的部分反应机理如图所示。下列说法错误的是(　　) A．含N分子参与的反应一定有电子转移 B．由NO生成HONO的反应历程有2种 C．增大NO的量，C3H8的平衡转化率不变 D．当主要发生包含②的历程时，最终生成的水减少 题型专练 1 2 3 4 5 目录 13 解析 题型专练 1 2 3 4 5 目录 14 答案 2．(2022·辽宁高考)利用有机分子模拟生物体内“醛缩酶”催化Diels­Alder反应取得重要进展，荣获2021年诺贝尔化学奖。某Diels­Alder反应催化机理如下，下列说法错误的是(　　) A．总反应为加成反应 B．Ⅰ和Ⅴ互为同系物 C．Ⅵ是反应的催化剂 D．化合物X为H2O 解析 题型专练 1 2 3 4 5 目录 15 答案 题型专练 1 2 3 4 5 目录 16 解析 题型专练 1 2 3 4 5 目录 17 答案 题型专练 1 2 3 4 5 目录 18 解析 题型专练 1 2 3 4 5 目录 19 答案 5．(2023·全国甲卷节选)MO＋分别与CH4、CD4反应，体系的能量随反应进程的变化如下图所示(两者历程相似，图中以CH4示例)。 (1)步骤Ⅰ和Ⅱ中涉及氢原子成键变化的是________(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。 (2)直接参与化学键变化的元素被替换为更重的同位素时，反应速率会变慢，则MO＋与CD4反应的能量变化应为图中曲线________(填“c”或“d”)。 (3)MO＋与CH2D2反应，氘代甲醇的产量CH2DOD________CHD2OH(填“＞”“＜”或“＝”)。若MO＋与CHD3反应，生成的氘代甲醇有________种。 Ⅰ c ＜ 2 题型专练 1 2 3 4 5 目录 20 解析 解析　(1)步骤Ⅰ涉及的是碳氢键的断裂和氢氧键的形成，步骤Ⅱ中涉及碳氧键形成，所以符合题意的是步骤Ⅰ。 (3)MO＋与CH2D2反应时，因直接参与化学键变化的元素被替换为更重的同位素时，反应速率会变慢，则单位时间内产量会下降，则氘代甲醇的产量CH2DOD＜CHD2OH；根据反应机理可知，若MO＋与CHD3反应，生成的氘代甲醇可能为CHD2OD或CD3OH 2种。 题型专练 1 2 3 4 5 目录 21 课时作业 一、选择题(每小题只有一个选项符合题意) 1．如图为氟利昂(如CFCl3)破坏臭氧层的反应过程示意图，下列说法不正确的是(　　) A．过程Ⅰ中断裂极性键C—Cl B．过程Ⅱ可表示为O3＋Cl===ClO＋O2 C．过程Ⅲ中O＋O===O2是吸热过程 D．上述过程说明氟利昂中氯原子是破坏臭氧层的催化剂 答案 解析 解析　 O＋O===O2为原子结合成分子的过程，为放热过程，故C错误。 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 目录 23 答案 2．我国科学家在绿色化学领域取得新进展。利用双催化剂Cu和Cu2O，在水溶液中用H原子将CO2高效还原为重要工业原料之一的甲醇，反应机理如图所示。下列有关说法不正确的是(　　) A．CO2生成甲醇是通过多步氧化反应实现的 B．催化剂Cu结合氢原子，催化剂Cu2O结合含碳微粒 C．该催化过程中既有化学键的形成，又有化学键的断裂 D．有可能通过调控反应条件获得甲醛等有机物 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 目录 24 答案 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 目录 25 解析 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 目录 26 4．CO与N2O在Fe＋作用下发生反应的能量变化及反应历程如图所示，两步为①N2O＋Fe＋===N2＋FeO＋(慢)、②FeO＋＋CO===CO2＋Fe＋(快)。下列说法正确的是(　　) A．FeO＋是该历程的催化剂 B．反应①的活化能比反应②大 C．反应中每转移1 mol电子，生成 N2体积为11.2 L D．两步反应均为放热反应，总反应的化学反应速率由反应②决定 答案 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 目录 27 解析 解析　FeO＋是中间产物，Fe＋才是催化剂，故A错误；C项中未告诉是否处于标准状况下，若标准状况下，则根据CO＋N2O===N2＋CO2可知，每转移1 mol电子，生成N2体积为11.2 L，故C错误；总反应的化学反应速率由反应较慢一步所决定，即由反应①决定，故D错误。 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 目录 28 答案 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 目录 29 解析 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 目录 30 二、选择题(每小题有一个或两个选项符合题意) 6．(2022·湖南高考)反应物(S)转化为产物(P或P·Z)的能量与反应进程的关系如下图所示： 下列有关四种不同反应进程的说法正确的是(　　) A．进程Ⅰ是放热反应 B．平衡时P的产率：Ⅱ>Ⅰ C．生成P的速率：Ⅲ>Ⅱ D．进程Ⅳ中，Z没有催化作用 答案 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 目录 31 解析 解析　进程Ⅱ中使用了催化剂X，催化剂不能改变平衡产率，因此在两个进程中平衡时P的产率相同，B不正确；进程Ⅲ中由S·Y转化为P·Y的活化能高于进程Ⅱ中由S·X转化为P·X的活化能，由于这两步反应分别是两个进程的决速步骤，因此生成P的速率为Ⅲ<Ⅱ，C不正确。 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 目录 32 答案 7．科学家研究发现在一种特殊催化剂作用下，水可促进CH4、O2高选择性地直接合成CH3OH，其中部分反应机理如图所示。以下说法错误的是(　　) A．H2O在CH4氧化合成甲醇过程中的作用是提供*OH与*CH4结合形成*CH3OH B．2CH4(g)＋O2(g)===2CH3OH(g)　ΔH＝－32.51 kJ·mol－1 C．在催化剂表面，H2O比O2更容易被吸附 D．该过程的决速步反应方程式为*OH＋*CH4―→*CH3OH＋*H 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 目录 33 8．某课题组设计一种以甲醇辅助固定CO2合成碳酸二甲酯的方法，原理如图。下列说法错误的是(　　) A．化合物A为CH3OH，化合物B为CO2 B．若用HOCH2CH2CH2OH辅助固定，则产物 可能为 C．反应原料中的原子100%转化为目标产物 D．反应①为取代反应，反应②为加成反应 答案 解析 解析　根据总反应，产物中有水生成，反应原料中的原子利用率小于100%，C错误。 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 目录 34 答案 9．据文献报道，在铁双聚体催化作用下，制备化合物Y的一种反应机理如图所示。下列说法错误的是(　　) A．该总反应原子利用率小于100% B．物质X和Y分别为H2O和CH3OH C．铁双聚体可降低该反应的活化能和焓变 D．反应过程中有非极性键的断裂和生成 解析 解析　铁双聚体为该反应的催化剂，可降低该反应的活化能，不改变反应的焓变，C错误；反应过程中有非极性键(O—O)的断裂，没有非极性键的生成，D错误。 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 目录 35 三、非选择题 10．(1)甲基叔丁基醚(MTBE)是一种高辛烷值汽油添加剂，可由甲醇和异丁烯(以IB表示)在催化剂作用下合成：CH3OH(g)＋IB(g)MTBE(g)　ΔH。回答下列问题： 反应过程中反应物首先被催化剂吸附，再经历过渡态，最终得到产物，相对能量与反应历程的关系如图所示(其中N1表示甲醇和异丁烯同时被吸附，N2表示甲醇先被吸附，N3表示异丁烯先被吸附)，该反应的ΔH＝________kJ·mol－1，下列说法错误的是________。 A．过渡态1比另两种过渡态稳定 B．三种反应历程中，N3反应速率最快 C．降低温度和增大压强都有利于提高反应物平衡转化率 D．起始投料在刚性容器中分别采用三种途径反应相同时间， 三种途径MTBE的产率一定相同 答案 －4x BD 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 目录 36 (2)研究发现CO2和H2制备甲醇也可以不通过CO的中间状态，我国学者在CO2加氢制甲醇反应机理方面取得重要进展(“*”表示吸附在催化剂表面的物质)： 上述反应历程中，合成甲醇步骤的反应方程式为________________________ ________________________________。 答案 *H3CO－＋H2O===H3COH＋*HO－ 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 目录 37 解析 解析　(1)该反应的ΔH为生成物的相对总能量减去反应物的相对总能量，则ΔH＝(1－5)x kJ·mol－1＝－4x kJ·mol－1。能量越低越稳定，三种过渡态中，过渡态1能量最低，则过渡态1比另两种过渡态稳定，A正确；N1、N2、N3三种反应历程的活化能分别为(6－2)x kJ·mol－1＝4x kJ·mol－1、(9－3)x kJ·mol－1＝6x kJ·mol－1、(9.7－4)x kJ·mol－1＝5.7x kJ·mol－1，则N1反应速率最快，B错误；该反应为气体分子总数减小的放热反应，则降低温度和增大压强都有利于提高反应物平衡转化率，C正确；N1、N2、N3三种反应历程的活化能不完全相同，则起始投料在刚性容器中分别采用三种途径反应相同时间，若未达到平衡时，三种途径MTBE的产率不相同，D错误。 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 目录 38 　　　　　　　　　　　　　 R (2023·广东卷)催化剂Ⅰ和Ⅱ均能催化反应R(g)P(g)。反应历程(下图)中，M为中间产物。其它条件相同时，下列说法不正确的是(　　) A．使用Ⅰ和Ⅱ，反应历程都分4步进行 B．反应达平衡时，升高温度，R的浓度增大 C．使用Ⅱ时，反应体系更快达到平衡 D．使用Ⅰ时，反应过程中M所能达到的最高浓度更大 解析　根据题图反应机理知，含N分子发生的反应有NO＋·OOH===NO2＋·OH、NO＋NO2＋H2O===2HONO、NO2＋·C3H7===C3H6＋HONO、HONO===NO＋·OH，含N分子NO、NO2、HONO中N元素的化合价依次为＋2价、＋4价、＋3价，上述反应中均有元素化合价的升降，都为氧化还原反应，一定有电子转移，A正确；根据题图，由NO生成HONO的反应历程有2种，B正确；NO是催化剂，增大NO的量，C3H8的平衡转化率不变，C正确；无论反应历程如何，在NO催化下丙烷与O2反应制备丙烯的总反应都为2C3H8＋O2eq \o(,\s\up15(NO))2C3H6＋2H2O，最终生成的水不变，D错误。 解析　 INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\Administrator\\AppData\\Roaming\\Microsoft\\Word\\2022HX227.TIF" \* MERGEFORMAT 和结构不相似、分子组成上也不相差一个或若干个CH2原子团，两者不互为同系物，B错误。 3．(2022·浙江1月选考)某课题组设计一种固定CO2的方法，原理如图。 下列说法不正确的是(　　) A．反应原料中的原子100%转化为产物 B．该过程在化合物X和I－催化下完成 C．该过程仅涉及加成反应 D．若原料用 INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\Administrator\\AppData\\Roaming\\Microsoft\\Word\\284HX1140.TIF" \* MERGEFORMAT ，则产物为 解析　题图中总反应为＋CO2―→，故反应原料中原子利用率是100%，A正确；化合物X、I－在反应前后无变化，均为催化剂，B正确；I－脱离的反应不是加成反应，C错误；类比＋CO2―→的反应特征，知＋CO2→，D正确。 4．(2021·湖南高考)铁的配合物离子(用[L—Fe—H]＋表示)催化某反应的一种反应机理和相对能量的变化情况如图所示： 下列说法错误的是(　　) A．该过程的总反应为HCOOHeq \o(=====,\s\up15(催化剂))CO2↑＋H2↑ B．H＋浓度过大或者过小，均导致反应速率降低 C．该催化循环中Fe元素的化合价发生了变化 D．该过程的总反应速率由Ⅱ→Ⅲ步骤决定 解析　由反应机理可知，HCOOH电离出氢离子后，HCOO－与催化剂结合，放出二氧化碳，然后又结合氢离子转化为氢气，所以化学方程式为HCOOHeq \o(=====,\s\up15(催化剂))CO2↑＋H2↑，故A正确；若氢离子浓度过低，则反应Ⅲ→Ⅳ的反应物浓度降低，反应速率减慢，若氢离子浓度过高，则会抑制甲酸的电离，使甲酸根离子浓度降低，反应Ⅰ→Ⅱ速率减慢，所以氢离子浓度过高或过低，均导致反应速率减慢，故B正确；由反应机理可知，Fe在反应过程中，化学键数目发生变化，则化合价也发生变化，故C正确；由反应进程可知，反应Ⅳ→Ⅰ能垒最大，反应速率最慢，对该过程的总反应起决定作用，故D错误。 3．(2023·湖南卷)N2H4是一种强还原性的高能物质，在航天、能源等领域有广泛应用。我国科学家合成的某Ru(Ⅱ)催化剂(用[L­Ru­NH3]＋表示)能高效电催化氧化NH3合成N2H4，其反应机理如图所示。 下列说法错误的是(　　) A．Ru(Ⅱ)被氧化至Ru(Ⅲ)后，配体NH3失去质子能力增强 B．M中Ru的化合价为＋3 C．该过程有非极性键的形成 D．该过程的总反应式：4NH3－2e－===N2H4＋2NHeq \o\al(＋,4) 解析　Ru(Ⅱ)被氧化至Ru(Ⅲ)后，[L­Ru­NH3]2＋中的Ru 带有更多的正电荷，其与N原子成键后，Ru吸引电子的能力 比Ru(Ⅱ)强，这种作用使得配体NH3中的N—H极性变强且 更易断裂，因此其失去质子(H＋)的能力增强，A正确；M为[L­ Ru­N· H2]＋，当[L­Ru­NH2]＋变为M时，N原子的孤电子对拆为2个电子并转移给Ru 1个电子，其中Ru的化合价变为＋2，B错误；该过程M变为[L­Ru­NH2­NH2­Ru­L]2＋时，有N—N形成，N—N是非极性键，C正确；从整个过程来看，4个NH3失去了2个电子后生成了1个N2H4和2个NHeq \o\al(＋,4)，Ru(Ⅱ)是催化剂，因此，该过程的总反应式为4NH3－2e－===N2H4＋2NHeq \o\al(＋,4)，D正确。 5．在Zr2Oeq \o\al(＋,4)催化作用下CO与N2O的循环反应路径如图所示，下列叙述错误的是(　　) A．Zr2Oeq \o\al(＋,3)是中间产物 B．反应过程中Zr的成键数目未改变 C．Zr2Oeq \o\al(＋,3)转化为Zr2Oeq \o\al(＋,4)的氧化剂是N2O D．催化循环的总反应为CO＋N2Oeq \o(=====,\s\up15(催化剂))N2＋CO2 解析　结合题意和题图分析，知 INCLUDEPICTURE "276HX115A.TIF" \* MERGEFORMAT 表示O， 表示N，表示Zr，表示C，则题图可表示为 结合题图知，反应过程中Zr2Oeq \o\al(＋,4)的两个Zr的成键数目均为4，Zr2Oeq \o\al(＋,3)的两个Zr的成键数目分别为3、4，Zr的成键数目发生改变，B错误。  $$